DE2450013A1 - Metal casting mould and cores - made from bonded metal particles - Google Patents

Abstract

The mould has improved thermal conductivity and can be reclaimed. It is made of pure metal or an alloy in particulate form and bonded with a synthetic resin. The metal used depends on the metal to be cast but is pref. Al or an Al alloy in particulate form.

Description

GUSSFORMMISCHUNG MIT HOHER WÄRMELEITFÄHIGKEIT Die Erfindung bezieht sich auf eine über hohe Wärmeleitfähigkeit verfügende Gußformmischung, die mit den in der Gießereipraxls üblichen Bindemitteln und nach don Ublichen Verfahren aufgearbeitet werden kann. MOLD MIXTURE WITH HIGH THERMAL CONDUCTIVITY The invention relates to on a high thermal conductivity available casting mold mixture, which with the in the foundry practice usual binders and worked up according to the usual methods can be.

Die Gußformen und Kerne werden aus Sand als Grundmaterial unter Zumischen verschiedener Bindemittel angefertigt. Der Vorn teil dieser Technologie besteht in ihrer Billigkeit, was sie besonders für die Herstellung von Einzelstücken oder Serien mit kleiner Stückzahl geeignet macht. Ein weiterer Vorteil voa Sandformen und Sandkernen ist da sie auch sur Abformung der kompliziertesten Gestaltungen geeignet sind. Für jeden einzelnen Guß muß jedoch eine neue Form, müssen neue Kerne angefertigt werden* Bei der Fbrikation größerer Serien ist der Kokillenguß wirtschaftlicher; bei diesem werden Gußform und die zum Aussparen innerer Hohlräume dienenden Kerne aus Metall, meistens aus Gußeisen oder Stahl, gefertigt Beim Kokillenguß ist außer der sich aus der mehrmaligen Verwendbarkeit von Formen und Kernen ergebenden hohen Produktivität ferner von Vorteil, daß infolge der guten Wärmeleitfähigkeit der Metallform das Gußstück schneller abkühlt. Durch die schnelle AbkUhlung entsteht ein feineres Materialgefüge, dessen Festigkeitseigenschaften günstiger sind, Der Anwendung des Kokillengusses werden durch die geometrische Form des Gußstückes Grenzen gesetzt. Es kommt häufig vor, daß die inneren Hohlräume eines Kokillengußstückes nur durch Sandkerne ausgebildet werden können. In diesen Fällen ist die mit der Metallkokille in Berührung kommende äußere Oberfläche des Gußstückes von wesentlich feinerer Gefugestruktur und daher härter und fester ala die durch den Sandkern geformte innere Fläche. Um die Gefügestruktur gleichmäjiger zu gestalten, werden an den Teilen des Gußstückes, wo größer Materialdicken auftreten, aus Metall gefertigte Kühlkörper eingeführt. The molds and cores are made from sand as the base material with admixture different binders made. The advantage of this technology is there in their cheapness what they are especially suitable for the production of individual pieces or Makes series with small numbers suitable. Another advantage of sand molds and sand cores because it is also suitable for molding the most complex designs are. For each individual casting, however, a new mold and new cores have to be made * In the production of larger series, the chill casting is more economical; in this case, the mold and the cores used to cut out internal cavities are used made of metal, mostly cast iron or steel the high one resulting from the repeated use of molds and cores Productivity is also advantageous because of the good thermal conductivity of the metal mold the casting cools down faster. The rapid cooling creates a finer one Material structure whose strength properties are more favorable, the application of the Chill casting is limited by the geometric shape of the casting. It often happens that the inner cavities of a chill casting only through Sand cores can be formed. In these cases it is the one with the metal mold the outer surface of the casting coming into contact with a much finer microstructure and therefore harder and stronger than the inner surface formed by the sand core. Around to make the microstructure more uniform, are on the parts of the casting, where larger material thicknesses occur, metal-made heat sinks are introduced.

Es sind Verfahren bekannt bei denen die Wärmeleitfähigkeit der Gußformmischung mit Hilfe unterschiedlicher Zuschalgstoffe verbessert wird. Mit dieser Methode kann - abhängend von Art uad Menge des Zuschlagstoffes - die Gefligestruktur des Gußstückes verfeinert und damit können die Festigkeitseigenschaften verbessert werden. There are known methods in which the thermal conductivity of the mold mixture is improved with the help of different additives. With this method you can - depending on the type and amount of aggregate - the poultry structure of the casting refined and thus the strength properties can be improved.

Bei einer dieser Lösungen (Gießerei 21, 652-658, /1971/) wird als Zuschlagstoff Eisenoxyd verwendet. Der Zweck dieser Maßnahme besteht nicht nur in der Verbesserung der Wärmeleitfähigkeit, sondern ferner auch darin, bei der Herstellung von Eisenguß durch Modifizierung der grundlegenden Eigenschaften (Wärmeausdehnung, Restfestigkeit) des mit Furanherz gebundenen Sandes die Ausschuß verurschenden Gußfehler zu vermindern. Als obere Grenze des Eisenoxydgehaltes sind zur Erreichung des gesteckten Zieles 6 % um günstigsten. In one of these solutions (foundry 21, 652-658, / 1971 /) is called Iron oxide aggregate used. The purpose of this measure is not just the improvement of the thermal conductivity, but also in the manufacture of cast iron by modifying its basic properties (Thermal expansion, Residual strength) of the sand bound with furan heart, the casting defects that cause scrap to diminish. The upper limit of the iron oxide content is to achieve the set Target 6% at cheapest.

Gemäß einer anderen Methode (Lithyejnoje Preizvodstve 11, 35 /1969/) wird die Wärmeleitfähigkeit der für Aluminiumguß verwendeten Formmischung durch Zugabe von Schrot aus Gußeisen oder Stuhl verbessert. Bei den Versuchen, in denen Schrot von 1 und 3 mm Durchmess-er verwendet wurde, untersuchte man die Festigkeitseigenschaften der Mischung sowie ihre Gasdurchlässigkeit und Wärmeleitfähigkeit. Diese Parameter wurden an Mischungen von 20..80 % Schrotgehalt untersucht. Bei der Anwendung dieser Methode in der Praxis konnten dickwandige Maschinenteile mit wesentlich verbesserter Gefügestruktur hergestellt werden. Kennzeichnend fUr die Technologie ist, dnd nicht die ganze Form aus der schrothaltigen Mischung abgeformt wird, sondern nur diejenigen Teile, für die eine schnellere Abkühlung notwendig ist, dh. das Verfahren entspricht im wesentlichen dem bereits bekannten Verfahren mit Einsetzen von metallischan Kühlkörpern. According to another method (Lithyejnoje Preizvodstve 11, 35/1969 /) the thermal conductivity of the molding compound used for aluminum casting Improved addition of cast iron or stool shot. In the attempts in which Shots of 1 and 3 mm diameter were used, the strength properties were examined the mixture as well as its gas permeability and thermal conductivity. These parameters were examined on mixtures of 20..80% shot content. When applying this Method in practice, thick-walled machine parts with significantly improved Structural structure can be produced. What is characteristic of the technology is that it is not the whole shape is molded from the mixture containing the shot, but only those Parts that require faster cooling, ie. the procedure corresponds essentially the already known method with the insertion of metallic heat sinks.

Der Hauptnachteil der hier beschriebenen Verfahren besteht darin, daß mit ihnen die Wärmeleitfähigkeit der Formmischung wegen ihrer sonstigen Eigenschaften (Festigkeit, Gasdurchlässigkeit) nur in begrenzten Maße gesteigert werden kann. Im Gießereien mit hoher Produktivität ist es aus wirtschaftlichen Erwagungen heraus notwendig, die Formmischung erneut zu verwenden, Zu diese Zwecke wird die benutzte Formmischung gereinigt und regeneriert. Je weniger Bestandteile die Mischung enthält, uia so günstiger sind die Bedingungen für die Regenerierung; die beiden oben beschriebenen Verfahren sind demnach auch unter dem Gesichtspunkt erneuter Verwendung der Formmischung zu beanstanden Ziel der Erfindung ist die Schaffung einer über hohe Wärmeleitfähigkeit verfügenden Gußformmischung, die nicht nur eine günstige Wärmeleitung, sondern im Interesse einer wirtschaftlichen Wiederverwendung auch eine einfach durchführbare Regenerierung mit gutem Wirkungsgrad ermöglicht. The main disadvantage of the methods described here is that that with them the thermal conductivity of the molding mixture because of their other properties (Strength, gas permeability) can only be increased to a limited extent. In high productivity foundries, it is out of economic considerations necessary to use the molding compound again, for these purposes the used one is used Molding mixture cleaned and regenerated. The fewer ingredients the mixture contains, The conditions for regeneration are just as favorable; the two described above Processes are therefore also from the point of view of re-using the molding mixture to complain The aim of the invention is to create an over high Casting mold mixture with thermal conductivity, which not only provides favorable heat conduction, but in the interests of economic reuse it is also easy to implement Enables regeneration with good efficiency.

Im Sinne der Erfindung wird das obige Ziel mit einer Formmischung erreicht, die auger dem Bindemittel nur reines Metall oder Metalllegierungen enthält, unabhängig voh den bei der Herstellung der Formmischung verwendeten Bindentitteln und der H erstellungstechnologi e* Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß das Uber evrhältnismäßig schlechte Wärmeleitfähigkeit verfügende herkömmliche Grundmaterial, der Sand, völlig durch Uber gute Wärmeleitfähigkeit verfUgende Metallteilchen ersetzt werden muß. Durch diese Lösung wird einesteils die beste nur mögliche Wärmeleitfähigkeit erreicht, anderenteils die zu einer wirtschaftlichen Regenerierung notwendige Homogenität hergestellt, Durch eigene Experimente wurde festgestellt, das3 unter Verwendung von Netallgrundmaterial entsprechender Teilchenzusammensetzung auch ohne Sand eine Formmischung hergestellt werden kann, die die notwendige Festigkeit und Gasdurchlässigkeit aufweist. In the context of the invention, the above aim is achieved with a molding mixture which contains only pure metal or metal alloys apart from the binder, regardless of the binders used in the preparation of the molding mixture und der H erstellungstechnologi e * The invention is based on the knowledge that the conventional base material, which has relatively poor thermal conductivity, the sand, completely replaced by metal particles with good thermal conductivity must become. With this solution, on the one hand, the best possible thermal conductivity is achieved achieved, on the other hand, the homogeneity necessary for economic regeneration Manufactured, through our own experiments it was found that using the3 of a metal base material with a corresponding particle composition even without sand Molding mixture can be produced which has the necessary strength and gas permeability having.

Das Material der Metallkörnchen, das zur Abformung notwendige Bindemittel und die Fabrikationstechnologie'kdnnen in Abhängigkeit von dem Grundmaterial des herzustellenden GudstUakes bestimmt werden, Die Erfindung wird an Hand der folgenden Beispiele näher erläutert" Beispiel 1 Zur Serienfertigung von Kurbelgehäusen aus Leichtmetall werden die Kerne gemäß der findung angefertigt. Das Gußstück des 6-Zylinder-Kürbelgehäuses wiegt 80 kg, sein Grundmaterial ist eine AlSi10Mg-Legierung. Man gießt in Kokillen aus Stahlguß, die inneren Hohlräume werden durch Kerne ausgespart Als Grundmaterial der Forminischung werden besonders gUnstig Aluminiumkörner mit einer Feinheitszahl von 70-80 verwendet, da - ihre Wärmeleitfähigkeit ausgezeichnet ist. The material of the metal granules, the binding agent required for molding and the manufacturing technology can vary depending on the base material of the GudstUakes to be produced are determined, The invention is based on the following Examples explained in more detail "Example 1 For series production of crankcases from The cores are made of light metal according to the invention. The casting of 6-cylinder pump housing weighs 80 kg, its basic material is an AlSi10Mg alloy. It is poured into cast steel molds, the inner cavities are cut out by cores Aluminum grains are particularly cheap as the base material for the molding mixture a fineness number of 70-80 is used because - their thermal conductivity is excellent is.

- ihr spezifisches Gewicht (Raumgewicht) dicht bei dem des Sandes liegt, und - sie durch eine oberflächliche Oxydschicht vor dem Einschmelzen geschützt sind, Als Bindemittel wird Phenolharz, zweckmäßig in einer Menge von 3-7 % verwendet Die Harzmenge hängt davon ab, mittels welches Verfahrens die Körnchen mit einem Harzfilm Uberzogen werden (beim Kaltverfahren mit Aceton als Lösungsmittel ist z.B. - their specific weight (volume weight) close to that of the sand and - it is protected from melting down by a superficial layer of oxide Phenolic resin is used as a binder, expediently in an amount of 3-7% The amount of resin depends on the process by which the granules are attached to a Resin film are coated (in the cold process with acetone as solvent, e.g.

die günstigste Menge 4 %). Weitere Zuschlagstoffe sind das aus der Technologie der Schalenformung bekannte Hexamethylentetramin und das Calciumstearat. Aus den mit einem Harzfilm Uberzogenen Aluminiumkörnchen werden die Kerne in auf 180 °C erhitzten Metallschränken durch 5-8 Minuten dauerndes Bakelitisieren hergestellt.the cheapest amount 4%). Other additives are those from the Shell-forming technology known hexamethylenetetramine and calcium stearate. The cores are made from the aluminum grains coated with a resin film 180 ° C heated metal cabinets by Bakelitizing for 5-8 minutes.

Ein besonderer Vorteil der Schalentechnologie mit Phenolharz besteht darin daß die Kerne hohl sind, was einesteils das Gewicht verringert, anderenteils eine Senkung des spezifischen Materialve#brauches bewirkt. Ferner bewirkt diese Ausführung, daß die sich beim Gießen bildenden Gase leichter entweichen können. There is a particular advantage of the shell technology with phenolic resin in that the cores are hollow, which on the one hand reduces weight and on the other hand causes a reduction in the specific material consumption. Furthermore, this causes Execution that the gases formed during casting can escape more easily.

Die Restfestigkeit nach dem Gießen ist gering, die Kerne können leicht entfernt werden Das Bindemittel kann aus der verwendeten Formmischung durch Mahlen und anschließendes Brennen bei 450 °C leicht entfernt werden, wodurch die Körnchen erneut verwendbar sind Beispiel 2 Die Serienfertigung von Eisenbahnbremsklötzen wird unter Anwendung der erfindungsgemäßen Formmischung vorgenommen. Grundmaterial der herzustellenden GußstUcke ist Gu3oisen mit 0,8-1,6 % Phosphorgehalt. Die Form wird aus Stahlkörnchen der Feinheitszahl 45-55 hergestellt, wobei als Bindemittel Natronwasserglas dient. Zur Verfestigung wird Kohlendioxyd durchgebl as en. The residual strength after casting is low, the cores can easily The binder can be removed from the molding mixture used by grinding and subsequent firing at 450 ° C are easily removed, whereby the granules again Example 2 The series production of railway brake blocks is carried out using the molding mixture according to the invention. Base material of the castings to be produced is Gu3oisen with 0.8-1.6% phosphorus content. Form is made from steel grains of fineness 45-55, used as a binding agent Soda water glass is used. Carbon dioxide is blown through to solidify.

In den gefertigten Bremsklötzen hat sich durch die intensive Kühlwirkung eine feinere Gefügestruktur ausgebildet, was die Verschleißfestigkeit der Bremsklötze sehr erhöht, Beispiel 3 Bei der Herstellung von Gußstücken komplizierter Innengestaltung aus Buntmetalllegierungen (z.B. Bronze oder Messing), wo besonders hohe Forderungen an die Festigkeit gestellt werden kann als Körnchengrundmaterial besonders günstig Kupfer mit einer Feinheitszahl von 110-130 verwendet werden Als Bindemittel gelangt ein herkönimliches organisches Bindemittel (z,B. In the manufactured brake pads, the intensive cooling effect a finer microstructure is formed, which increases the wear resistance of the brake pads very increased, Example 3 In the production of castings with complicated interior designs made of non-ferrous metal alloys (e.g. bronze or brass), where particularly high requirements the strength can be made particularly favorable as a granule base material Copper with a fineness number of 110-130 can be used as a binding agent a traditional organic binder (e.g.

Dextrin, Leinöl, Melasse) zum Einsatz. Die organischen Bindemittel sind vor allem unter dem Gesichtspunkt einer wirtschaft~ lichen Regenerierung günstig.Dextrin, linseed oil, molasses) are used. The organic binders are particularly favorable from the point of view of economic regeneration.

Das wichtigste Charakteristikum der erfindungsgemäßen Formmischung ist ihre hohe Wärmeleitfähigkeit. Bei zum Vergleich der Wärmeleitfähigkeit herkömmlicher und erfindungsge mäher Formmischungen angestellten Experimenten wurde das eine Ende von 50 mm langen Probestäben bei konstanter Temperatur gehalten, die Erwärmung des anderen Endes wurde mit einem Thermoslement gemessen. Im Ergebnis dieser Versuche wurde festgestellt1 daß die Wärmeleitfähigkeit der erfindungsgemäßen Formmischung etwa doppelt so hoch ist wie die des Formsandes. The most important characteristic of the molding mixture according to the invention is their high thermal conductivity. When comparing the thermal conductivity more conventional And experiments carried out in accordance with the invention, mere molding mixtures, became the end of it held at constant temperature by 50 mm long test rods, the heating of the the other end was measured with a thermoslement. As a result of these attempts it was found1 that the thermal conductivity of the molding mixture according to the invention is about twice as high as that of the molding sand.

Auch die sonstigen Eigenschaften der erfindungsgemäßen Formmischung wurden experimentell mit denen des herkömmlichen Formsandes verglichen, Die Ergebnisse dieses Experimente sind in Tabelle 1 zusammengefaßt.Also the other properties of the molding mixture according to the invention were experimentally compared with those of conventional molding sand, the results these experiments are summarized in Table 1.

Tabelle 1 Gewaschener Sand Aluminiumkörnchen Xorngrö.enverteilung: übe# 0,6 mm 1,4 % 1,1 % 0,3-0,6 mm 18,5 % 26,2 % 0,2-0,3 mm 36,4 % 42,5 % 0,1-0,2 mm 39,3 % 27,4 So unter 0,1 mm 4,4 % 2,8 % Gasdurchlässigkeit 350 cm³/min 500 cm³/min Druckfestigkeit 10 kp/cm² 12 kp/cm² Scherfestigkeit 3 kp/cm2 10 kp/cm² Aus dem Gesagten wie auch aus der Tabelle folgt, das die Eigenschaften der aus Metallkörnchen bestehenden Mischung in jeder Hinsicht günstiger sind als die der herkömmlichen Formmischungen. Table 1 Washed sand Aluminum granules Xorn size distribution: over # 0.6 mm 1.4% 1.1% 0.3-0.6 mm 18.5% 26.2% 0.2-0.3 mm 36.4% 42.5% 0.1- 0.2 mm 39.3% 27.4 So below 0.1 mm 4.4% 2.8% gas permeability 350 cm³ / min 500 cm³ / min Compressive strength 10 kg / cm² 12 kg / cm² Shear strength 3 kg / cm² 10 kg / cm² From what has been said as also follows from the table, the properties of those made of metal granules Mixture are cheaper in all respects than the conventional molding mixtures.

In den Beispielen wurde die Verwendung von Mischungen aus verschiedenen Grundmaterialien hezeigt. Es soll bemerkt werdenr daß unter dem Gesichtspunkt der Wärmeleitung die Verwendung von Aluminimkörnchen außerordentlich vorteilhaft ist. Eine bessere Wärmeleitfähigkeit als Aluminium weisen nur Silber und Kupfer auf. Die Verwendung von Silber kommt selbstverständlich aus wirtschaftlichen Erwägungen nicht in Frage. Die Verwendung von Xupferkörnchen ist in bestimmten Fällen zwar vorstellbar, im allgemeinen ist die Verwendung von Aluminiumkörnchen jedoch viel wirtschaftlicher, da die Wärmeleitfähigkeit des aluminiums die des Kupfers beinaho erreicht, sein spezifisches Gowicht jedoch nur ca ein Drittel von dem des letzteren beträgt. Wenn man berücksichtigt, daß Kupfer ungefähr doppelt so teuer ist wie Aluminium, so ergibt sich, daß eine aus Kupferteilchen gefertigte Mischung ungefähr dreimal so teuer ist wie eine aus Aluminiumkörnchen gefertigte. In the examples, the use of mixtures of different Basic materials. It should be noted that from the point of view of Conduction the use of aluminum granules is extremely beneficial. Only silver and copper have better thermal conductivity than aluminum. The use of silver naturally comes from economic considerations out of the question. The use of copper granules is true in certain cases conceivable, but in general the use of aluminum granules is much more economical, because the thermal conductivity of aluminum almost reaches that of copper specific weight is only about a third of that of the latter. if if one takes into account that copper is about twice as expensive as aluminum, this gives It turns out that a mixture made from copper particles is about three times as expensive is like one made from aluminum granules.

Die zweite Komponente der Mischung, das Bindemittel, kann beltebig gewählt werden. Da es jedoch zwecksmäßig ist, die Formmischung nach der Benutzung zu regenerieren lohnt es sich, ein Bindemittel zu wählen, das sich leicht und gut aus den Metallkörnchen entfernen läßt. The second component of the mixture, the binder, can be heavy to get voted. However, since it is expedient, the molding mix after use To regenerate it is worth choosing a binder that is easy and good can be removed from the metal granules.

Zusammenfassend kann gesagt werden, daß der Hauptvorteil der erfindungsgemäßen Formmischung in der gesteigerten und gleichmäßigen Wärmeleitfähigkeit besteht. Dadurch ist die Herstellung von Gußstücken mit besserer Qualität und gleichmäßiger Gefügestruktur auch in Fällen möglich, wo Metallkokillen nicht verwendet werden können. In summary, it can be said that the main advantage of the invention Form mixture consists in the increased and uniform thermal conductivity. Through this is the production of castings with better quality and a uniform structure also possible in cases where metal molds cannot be used.

Die Anwendung der erfindungsgemaben Formmischung erforft dert praktisch keinerlei technologische Anderung, da die sandartige Mischung genau so behandelt und auch in Schalentechnologie abgeformt werden kann wie die herkömmlich verwendeten Stoffe. The use of the molding mixture according to the invention requires practical changes no technological change whatsoever, as the sand-like mixture is treated in exactly the same way and molds can also be made using shell technology like those conventionally used Fabrics.

Claims (3)

PatentansprücheClaims 1. Gußformmischung mit hoher Wärmeleitfähigkeit, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus aus reinen Metallen oder Metailleglerungen hergestellten Körnchen und aus Bindemittel besteht 1. Casting mold mixture with high thermal conductivity, characterized in that that they are made of grains and granules made of pure metals or metals consists of binding agent 2. Gußformmischung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kdrnchen vorzugsweise aus Aluminium oder Aluminiumlegierungen bestehen.2. Casting mold mixture according to claim 1, characterized in that that the granules are preferably made of aluminum or aluminum alloys. 3. Gußformmischung nach den AnsprUchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Bindemittel vorzugsweise Kunstharz ist, 3. Casting mold mixture according to claims 1 and 2, characterized in that that the binder is preferably synthetic resin,